B&R : l’automate de sécurité réagit à la microseconde

Les automates de sécurité permettent de créer des applications sophistiquées en tenant compte simultanément d’un grand nombre de paramètres. Leur flexibilité et leur évolutivité en font une solution presque universelle qui de plus, ne cesse de gagner en réactivité comme en témoigne la dernière technologie mise au point par B&R.

La logique câblée à relais ou à coupleurs qui a prévalu jusqu’à l’arrivée des automates de sécurité, est aujourd’hui dépassée par les coûts de sa maintenance mais aussi par la complexité d’étude et de mise en œuvre. La sécurité câblée a de surcroît des fonctionnalités limitées et quasiment aucune flexibilité puisque la seule réaction possible est le plus souvent, la coupure de l’alimentation. Il faut alors compter avec des arrêts de production, des marches à vide et des procédures de redémarrage parfois longues.

Sur un très large éventail de sites professionnels, les automates de sécurité s’imposent pour garantir la sécurité des personnes – opérateurs, intervenants, populations – ainsi que pour la protection de l’installation. On les trouve sur les machines dans le manufacturing mais aussi, au plus près des installations dans le process, dans la production énergétique notamment dans l’éolien ainsi que dans nombre d’installation dites off-shore.

Les automates de sécurité se distinguent des automates programmables classiques par une architecture interne particulière ainsi que par des procédures de tests automatiques qui visent à éviter que survienne une situation potentiellement dangereuse en cas de défaillance de l’équipement. Les entrées et les sorties par exemple, doivent permettre de détecter la présence d’un court-circuit qui anéantirait la fonction couverte. En cas de défaillance, le dispositif concerné doit basculer vers une position de repli sûre et les éléments principaux de l’automate doivent s’inscrire dans une structure redondante. En outre, les logiciels applicatifs s’exé- cutent dans des temps limités et au terme d’une procédure contrôlée.

L’apport de B&R au premier semestre 2015

Présentés sur le salon de Hanovre, les nouveaux modules E/S mixtes de la famille X20 Safe du fabricant Autrichien B&R, permettent d’accéder à la sécurité programmable au travers d’une solution modulaire.

Les produits de sécurité avec composants électroniques doivent être capables de se tester et de se surveiller eux-mêmes périodiquement. Ces processus d’auto-surveillance fournissent des données de diagnostic comme la température de fonctionnement ou les fluctuations de la tension d’alimentation, ce qui permet de détecter les défauts de connexion avec les capteurs-actionneurs ou encore, les interrupteurs de porte mal ajustés. Dans la solution de sécurité de B&R, toutes ces données sont stockées sur un serveur web intégré. Les techniciens de maintenance peuvent ainsi y accéder de n’importe où via un navigateur web ce qui apporte toute la souplesse du télédiagnostic.

Un système de sécurité intégré modulaire est par essence flexible, ce qui permet de le faire évoluer et de l’adapter à différentes situations. Un constructeur proposant des variantes de ses machines pourra déployer une solution de sécurité minimaliste gravitant autour d’un seul module mixte ou à l’inverse, une solution étendue comportant un automate de sécurité dédié et puissant, en créant et testant l’application avec le même logiciel. Une fois développée, une fonction de sécurité peut être réutilisée avec n’importe quelle configuration de machine. Récemment présentée à Paris sur le salon Smart Industries, la gamme B&R X20 Safe comporte neuf réfé- rences : les modules E/S mixtes de la série standard, les modules E/S mixtes de la série SLX intégrant un automate de sécurité virtuel et les modules E/S mixtes de la série SRT disposant de la technologie reAction sur laquelle nous reviendrons par la suite. Chaque série se décline en trois variantes selon le nombre d’entrées-sorties sûres : 4 entrées et 2 sorties 200 mA, 8 entrées et 6 sorties 200 mA et enfin, 8 entrées et 4 sorties 3 A, plus 2 sorties 200 mA.

Ces différentes configurations et variantes permettent d’ajuster la solution de sécurité au plus près des besoins et de la faire évoluer au fil du temps.

Le temps de réaction, variable fondamentale de la sécurité

On estime communément que chaque milliseconde gagnée dans le temps de réaction d’une solution de sécurité correspond à une réduction moyenne de la distance d’arrêt d’environ 2 mm. Ainsi les temps de réponse obtenus avec une solution filaire étant toujours supérieurs à 50 ms, la course résiduelle après détection sera au moins égale à 100 mm.

La solution repose sur des équipements de la gamme X20 Safe de B&R interconnectés au travers de liaisons Powerlink et s’appuyant sur le protocole openSafe. Certifié TÜV pour les applications SIL3, ce protocole assure la sûreté des transmissions permettant d’abaisser les temps de réponse autour de 10 ms, ce qui réduit la course résiduelle à seulement 20 mm. Il s’agit du seul protocole ouvert, non propriétaire adapté à la sécurité intégrée ce qui notamment, facilite l’adoption de ce standard par les fabricants de capteurs actionneurs de sécurité. Raccourcir les temps de réaction revient à réduire les forces d’impact ainsi que les distances de sécurité. Directement applicables aux réalisations actuelles, ces associations de technologies permettent de concevoir des machines certes plus sûres mais qui peuvent aussi devenir plus compactes ou fonctionner à des vitesses plus élevées.

Cela étant, le temps de réaction dépend de plusieurs facteurs : charge des processeurs, charge du réseau, nombre de nœuds de communication mobilisés, etc.

B&R toujours dans la gamme X20 Safe, explore d’autres voies technologiques permettant d’amé- liorer les performances d’une solution de sécurité. Ainsi, les modules E/S mixtes de la série X20 SRT intègre une technologie baptisée reAction. Elle consiste à intégrer dans le module lui-même une puce reprogrammable de type FPGA (Field-Programmable Gate Array). À l’aide de blocs logiques préconstruits et de ressources de routage programmables, Il est possible de configurer de tels circuits afin de mettre en œuvre des fonctionnalités matérielles personnalisées.

Ici, la programmation de ces modules s’effectue dans l’environnement Safe Designer d’Automation Studio comme pour n’importe quel autre composant de la solution de sécurité proposée par B&R. Le FPGA se programme graphiquement avec le langage FBD IEC 61131-3 qui est simple d’utilisation et auquel les automaticiens sont familiarisés. L’utilisateur crée donc le programme sur son PC avant de le charger dans le FPGA intégré à un module de la série X20 SRT. Le temps de réaction incluant la circulation du signal entre le capteur, les modules E/S mixtes X20 SRT et l’actionneur descend alors à 100 µs. La réduction de la distance d’arrêt obtenue avec un module X20 SRT par rapport à celle obtenue avec les modules E/S X20 Safe standards, se chiffre donc en centimètres.

La technologie reACTION permet donc d’aller encore plus loin dans la conception de machines compactes et d’équipements à haute réactivité, notamment lorsqu’il s’agit d’installer des barrières immatérielles.